Q235 frente a Q345: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

El Q235 y el Q345 son dos de los aceros estructurales más utilizados en China y en las cadenas de suministro internacionales donde se especifican productos de acerías chinas. Ingenieros, gerentes de compras y planificadores de producción frecuentemente deben elegir entre ellos al equilibrar el costo, la soldabilidad, la conformabilidad y los requisitos de resistencia en servicio. Las decisiones típicas se dan en contextos como la selección de material para columnas y vigas de edificios, pórticos de presión, dispositivos de elevación y estructuras soldadas, donde se debe considerar la resistencia a la fluencia, la tenacidad a baja temperatura y la facilidad de fabricación.

La principal diferencia técnica radica en que el acero Q345 es un acero estructural de mayor resistencia que el Q235 debido a su estrategia de aleación y microaleación; esto le confiere un mayor límite elástico de diseño, manteniendo una tenacidad y soldabilidad aceptables en la mayoría de las formas de producto. Dado que ambos grados se utilizan para aplicaciones estructurales similares, la comparación directa de su composición, respuesta al procesamiento, propiedades mecánicas y comportamiento durante la fabricación permite determinar cuál es el grado óptimo para una aplicación específica.

1. Normas y designaciones

• GB/T (China): Q235 y Q345 se definen en GB/T 700 (aceros estructurales generales) y GB/T 1591 (aceros estructurales de baja aleación y alta resistencia para variantes de Q345).
• ASTM/ASME: No existen nombres de grados equivalentes directos; las familias comparables incluyen ASTM A36 (similar a Q235 en muchas propiedades) y varios grados de baja aleación ASTM (para niveles de resistencia similares a Q345).
• EN (Europa): Los aceros estructurales como el S235JR (aproximadamente comparable al Q235) y el S355 (aproximadamente comparable al Q345) sirven a categorías de resistencia similares.
• JIS (Japón): Los grados de acero estructural JIS no son equivalentes uno a uno; las comparaciones deben hacerse según los requisitos mecánicos y químicos en lugar del nombre del grado.

Clasificación: - Q235: Acero estructural al carbono (acero al carbono simple de bajo carbono). - Q345: Acero estructural de baja aleación / HSLA (alta resistencia y baja aleación) con microaleación controlada y límites de impurezas más estrictos.

2. Composición química y estrategia de aleación

La tabla siguiente muestra los rangos de composición típicos y las características de aleación más destacadas. Los límites exactos varían según la subcalidad estándar (por ejemplo, Q235A/B/C/D/E y Q345A/B/C/D/E) y el espesor del producto.

Elemento	Q235 (peso típico%)	Q345 (peso típico%)	Notas
do	0,14–0,22	0,10–0,20	El Q345 suele tener un contenido nominal de C ligeramente inferior para mejorar la soldabilidad; la resistencia se obtiene mediante Mn y microaleación.
Minnesota	0.30–1.40	1,00–1,60	Un mayor contenido de Mn en Q345 aumenta la resistencia a la tracción y al límite elástico y contribuye a la templabilidad.
Si	0,10–0,35	0,10–0,50	El silicio es un desoxidante; tiene poco efecto sobre la resistencia.
PAG	≤0,045 (típ.)	≤0,035–0,045	Un menor contenido de P en las variantes Q345 mejora la tenacidad.
S	≤0,045 (típ.)	≤0,045	Se mantienen bajos en ambos casos para evitar la fragilidad.
Cr	rastro	trazas–pequeñas (≤0,30)	Puede estar presente en cantidades traza en lotes Q345.
Ni	rastro	rastro	No es un elemento de aleación deliberado en el Q235/Q345 estándar.
Mes	rastro	rastro	El molibdeno puede estar presente en variantes microaleadas o lotes especiales.
V, Nb, Ti	La presencia de trazas o microaleaciones no es típica en el Q235.	≤0,05 (microaleación)	El acero Q345 suele utilizar microaleaciones (Nb, V, Ti) en algunas subcategorías para aumentar el rendimiento mediante el refinamiento del grano y el endurecimiento por precipitación.
B	rastro	rastro	Muy bajo si está presente; puede afectar la endurecimiento a niveles de ppm.
norte	rastro	rastro	Controlado para influir en la soldabilidad y la resistencia de los aceros microaleados.

Cómo afecta la aleación a las propiedades: - El aumento de Mn y la microaleación controlada (Nb, V, Ti) en Q345 incrementan la resistencia a la fluencia, refinan el tamaño del grano y mejoran la tenacidad sin un aumento proporcional del carbono. - El bajo contenido de carbono en ambos grados favorece la soldabilidad, mientras que la microaleación y un contenido ligeramente mayor de Mn en Q345 aumentan la templabilidad y la resistencia a la fluencia. - El azufre y el fósforo se limitan en ambos casos para minimizar la fragilidad y mejorar la tenacidad.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructuras típicas en estado laminado: - Q235: Microestructura predominantemente ferrita-perlita tras laminación en caliente. El bajo contenido de carbono produce una matriz relativamente blanda y dúctil con un refuerzo limitado por parte de la perlita. - Q345: Ferrita-perlita con tamaño de grano más fino y a veces precipitados de microaleación dispersos (NbC, V(C,N), TiN) que se fortalecen por precipitación y refinamiento de grano.

Respuesta al procesamiento térmico: - Recocido/normalizado: Ambos grados responden al normalizado con un refinamiento del grano y un ajuste moderado de la resistencia; el Q345 se beneficia más porque los precipitados de microaleación controlan el crecimiento del grano. Temple y revenido: Ambos aceros pueden templarse y revenirse, pero el Q345 permite alcanzar mayores niveles de resistencia con menor contenido de carbono, ya que la microaleación y el manganeso aumentan su templabilidad. El revenido posterior al temple proporciona un equilibrio entre tenacidad y resistencia. - Procesamiento termomecánico controlado (TMCP): Ampliamente utilizado en el acero Q345 para lograr una microestructura de grano fino y una mayor tenacidad con menores niveles de aleación. El acero Q235 generalmente se somete a laminación en caliente convencional, obteniendo un menor beneficio del TMCP en cuanto a resistencia.

Implicación: Las rutas de aleación y procesamiento modernas del Q345 permiten un mayor rendimiento con una tenacidad comparable, con un mejor control de las propiedades a través del espesor que el Q235 simple.

4. Propiedades mecánicas

La tabla a continuación muestra los valores mínimos o rangos típicos; los valores exactos dependen del subsuelo, el espesor y el tratamiento térmico.

Propiedad	Q235 (típico)	Q345 (típico)
Límite elástico (MPa)	~235 (mínimo especificado)	~345 (mínimo especificado)
Resistencia a la tracción (MPa)	~375–500	~470–630
Alargamiento (% en 50 mm)	≥20–26	≥18–22
Resistencia al impacto (prueba Charpy con muesca en V)	Varía; adecuado a temperatura ambiente; resistencia limitada a bajas temperaturas a menos que se especifique.	En general, las variantes TMCP/Q345 presentan una mejor tenacidad a bajas temperaturas; a menudo se especifican a −20 °C.
Dureza (HB)	Gama inferior, depende del producto	Rango más alto pero aún moderado (diseñado para ser soldable)

Interpretación: - El Q345 es el grado más resistente en términos de límite elástico mínimo y resistencia a la tracción, debido a la estrategia de aleación y microaleación. - El Q235 es generalmente más dúctil en estado laminado; el Q345 ofrece una relación resistencia-peso favorable con una ductilidad competitiva y una tenacidad mejorada cuando se procesa adecuadamente. - La resistencia al impacto debe especificarse para servicio a baja temperatura; las variantes Q345 producidas por TMCP a menudo exhiben una resistencia superior a temperaturas subambientales.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende del contenido de carbono, el equivalente de carbono y la presencia de elementos de microaleación. Índices útiles:

• Instituto Internacional de Equivalente de Carbono en Soldadura: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• Índice predictivo internacional: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretación cualitativa: - El Q235 normalmente tiene un $CE_{IIW}$ más bajo debido a su modesto contenido de Mn y bajo contenido de C; esto produce una excelente soldabilidad general con bajos requisitos de precalentamiento para secciones delgadas. - El Q345 tiene un mayor contenido de Mn y contiene elementos de microaleación que aumentan ligeramente $CE_{IIW}$ y $P_{cm}$, por lo que el precalentamiento y el control de la temperatura entre pasadas pueden ser más importantes para secciones más gruesas para evitar el agrietamiento en frío y el agrietamiento asistido por hidrógeno. - Los elementos de microaleación en Q345 aumentan la templabilidad localmente; las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPS) deben tener en cuenta el espesor, el aporte de calor y el control del hidrógeno. - El uso de electrodos de bajo hidrógeno, un aporte de calor controlado y un tratamiento térmico previo/posterior a la soldadura (PWHT) adecuado, cuando sea necesario, mantendrá la integridad de la soldadura para ambos grados.

6. Corrosión y protección de superficies

• Ni el Q235 ni el Q345 son aceros inoxidables; su resistencia a la corrosión es la de un acero al carbono simple de baja aleación.
• Métodos de protección comunes: galvanizado en caliente, electrodeposición de zinc, recubrimientos orgánicos (pinturas, recubrimientos en polvo) y tolerancias a la corrosión en el diseño.
• Para exposiciones atmosféricas o a productos químicos leves, la galvanización seguida de pintura es la práctica habitual.

La norma PREN (para aleaciones inoxidables) no es aplicable a estos aceros estructurales no inoxidables, pero a modo informativo: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Este índice no es significativo para Q235/Q345 porque los niveles de Cr, Mo y N son demasiado bajos para impartir resistencia pasiva a la corrosión.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Conformabilidad: El acero Q235 es más conformable para el doblado en frío, el laminado y el embutido profundo debido a su menor límite elástico y mayor ductilidad. Para dobleces de radio reducido o conformado extenso, el Q235 requiere menos fuerza y ​​presenta menos problemas de recuperación elástica.
• Maquinabilidad: Ambos aceros son razonablemente mecanizables; el Q345, de mayor resistencia, puede reducir la vida útil de la herramienta y requerir fuerzas de corte ligeramente superiores. La maquinabilidad también depende del contenido de azufre (los grados de fácil mecanizado difieren).
• Corte y punzonado: El Q235 suele ser más fácil de cortar y punzonar. El Q345 puede requerir herramientas más robustas y mayor fuerza, pero aun así se puede procesar con equipos de fabricación estándar.
• Acabado superficial: Ambos admiten acabados convencionales; el pretratamiento para galvanizar y recubrir es el mismo.

8. Aplicaciones típicas

Aplicaciones Q235	Aplicaciones Q345
Perfiles estructurales generales (ángulos, canales, vigas I) en edificios donde predominan la ductilidad y el bajo coste.	Componentes estructurales que requieren mayor límite elástico o menor espesor de sección para la misma carga (puentes, grúas, maquinaria pesada).
Fabricación ligera, marcos, soportes, trabajos generales de chapa.	Estructuras de presión, estructuras soldadas de gran tamaño, plataformas marinas (donde se requiere mayor resistencia y tenacidad).
Tuberías para sistemas de agua de baja presión, barandillas, vallas	Estructuras soldadas sometidas a cargas estáticas o dinámicas elevadas; bases de máquinas y accesorios de elevación de cargas pesadas.
Componentes que requieren un proceso extenso de conformado o fabricación y donde la sensibilidad al costo es alta.	Aplicaciones que optimizan la relación peso-resistencia, o donde las secciones más gruesas deben seguir cumpliendo los criterios de tenacidad.

Justificación de la selección: - Elija Q235 para elementos estructurales sencillos y piezas fabricadas donde el costo y la conformabilidad sean factores primordiales. - Elija Q345 cuando se requieran tensiones admisibles más elevadas, un espesor de sección reducido o una mayor tenacidad a un coste adicional modesto.

9. Costo y disponibilidad

• El Q235 suele ser menos costoso por tonelada que el Q345 debido a su composición química más simple y a sus menores requisitos de control de procesamiento.
• El Q345 cuesta más debido a un control químico más estricto, adiciones de microaleaciones y un procesamiento más avanzado (TMCP) para obtener propiedades consistentes.
• Disponibilidad: Ambos grados están ampliamente disponibles en forma de placas, bobinas, barras y perfiles; el Q235 es omnipresente para materiales estructurales básicos, mientras que el Q345 puede necesitar especificación para ciertos subgrados o espesores en algunos mercados.
• Consejo de compras: Especifique la subrasante exacta, el rango de espesor y las propiedades mecánicas/de impacto requeridas para evitar confusiones y garantizar precios y plazos de entrega predecibles.

10. Resumen y recomendación

Tabla resumen (cualitativa):

Atributo	Q235	Q345
Soldabilidad	Excelente; generalmente indulgente.	Muy bueno, pero puede requerir un control de precalentamiento adicional en secciones gruesas.
Resistencia-Tenacidad	Resistencia moderada, alta ductilidad	Mayor límite elástico y resistencia a la tracción con buena tenacidad (especialmente TMCP).
Costo	Más bajo	Más alto
Formabilidad	Mejor para casos severos de formación	Adecuado, pero requiere más fuerza/herramientas.

Recomendaciones finales: - Elija Q235 si: su diseño prioriza la rentabilidad y el conformado en frío extensivo o la fabricación soldada simple para aplicaciones estructurales a temperatura ambiente donde los niveles de límite elástico estándar (~235 MPa) son adecuados. - Elija Q345 si: necesita un límite elástico y una resistencia a la tracción más elevados para reducir el espesor o el peso de la sección, requiere una tenacidad mejorada (especialmente a temperaturas subambientales) o está especificando estructuras soldadas que se benefician de la microaleación HSLA y de la placa procesada mediante TMCP.

Nota final: Al redactar las especificaciones de adquisición, siempre haga referencia a la subcalidad estándar específica (p. ej., Q235B frente a Q345C) y a los certificados mecánicos/de propiedades requeridos. Para aplicaciones soldadas, de gran espesor o a bajas temperaturas, incluya requisitos explícitos sobre la energía de impacto Charpy, el tratamiento térmico y las cualificaciones del procedimiento de soldadura para garantizar que la calidad elegida cumpla con las exigencias de servicio.